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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 豎葉水車發(fā)電裝置及應(yīng)用該裝置的水力發(fā)電方法
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是利用零散溪流水動(dòng)能和分散低潮汐能進(jìn)行發(fā)電的一個(gè)能源轉(zhuǎn)換裝置。本作品的核心關(guān)鍵技術(shù)是其豎葉水車結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基于古老傳統(tǒng)的水車，通過改變其放射狀葉片結(jié)構(gòu)，采用由曲柄連接的內(nèi)架輪和外架輪組成平行四邊形機(jī)構(gòu)。相對(duì)傳統(tǒng)放射狀結(jié)構(gòu)，它使水車葉片在入水和出水狀態(tài)下都能始終保持垂直，克服了葉片入水和出水的阻力，保證中心軸以下葉片能接受水流的沖擊力，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能在低水頭流水中發(fā)揮作用。
- 詳細(xì)介紹：
- 當(dāng)前，開發(fā)清潔可再生能源是人類發(fā)展需求的必然趨勢(shì)。水能是綠色可再生資源，將其開發(fā)利用具有重大意義。目前開發(fā)水能的方式一般是建設(shè)水電站，利用高效率的水輪機(jī)來轉(zhuǎn)換水能，但它對(duì)選址有一定的要求，例如一些零散低水頭的溪流就無法利用。如果在零散的溪流上建設(shè)水壩提高水頭，則經(jīng)濟(jì)性較差（建設(shè)水壩存在破壞環(huán)境、投資成本較大、建設(shè)工期較長(zhǎng)等缺點(diǎn)）。如何利用這些零散溪流的流水動(dòng)能，是我們的作品的一個(gè)設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)。同樣，對(duì)于低水頭的潮汐能利用，目前的方法也是采用建設(shè)水壩及高效率的水輪機(jī)，對(duì)選址也存在較大潮差的要求。而對(duì)一些分散的較低潮差的地址，其建設(shè)潮汐能電站的經(jīng)濟(jì)性就更差，如何經(jīng)濟(jì)性地利用這些分散的低潮差的潮汐能，也是我們的作品在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)重要考慮。本作品的核心關(guān)鍵技術(shù)是其豎葉水車結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基于古老傳統(tǒng)的水車，通過改變其放射狀葉片結(jié)構(gòu)，采用由曲柄連接的內(nèi)架輪和外架輪組成平行四邊形機(jī)構(gòu)。相對(duì)傳統(tǒng)放射狀結(jié)構(gòu)，它使水車葉片在入水和出水狀態(tài)下都能始終保持垂直，克服了葉片入水和出水的阻力，保證中心軸以下葉片能全部接受水流的沖擊力，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能在低水頭流水中發(fā)揮作用。當(dāng)流水正面沖擊水車葉片時(shí)，葉片經(jīng)架輪產(chǎn)生力矩，力矩使中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中心軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)變速齒輪箱工作，變速齒輪輸出一個(gè)適應(yīng)發(fā)電機(jī)范圍的轉(zhuǎn)速，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生特征電壓，特征電壓經(jīng)調(diào)控器識(shí)別后，對(duì)負(fù)載或電瓶做出調(diào)整策略，最后輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓和電流。開發(fā)本裝置的每千瓦投資成本為4 000元至5 000元，運(yùn)營(yíng)成本為0.03元至0.07元，工程建設(shè)期為6至12個(gè)月，其投資成本回收期預(yù)計(jì)為3年至5年。本作品符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和能源政策，市場(chǎng)潛力巨大，產(chǎn)業(yè)化前景較好。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 水能是綠色可再生資源，將其開發(fā)利用具有重大意義。目前開發(fā)水能的方式一般是建設(shè)水電站，利用高效率的水輪機(jī)來轉(zhuǎn)換水能，但它對(duì)選址有一定的要求，例如一些零散低水頭的溪流就無法利用。如果在零散的溪流上建設(shè)水壩提高水頭，則經(jīng)濟(jì)性較差（建設(shè)水壩存在破壞環(huán)境、投資成本較大、建設(shè)工期較長(zhǎng)等缺點(diǎn)）。如何利用這些零散溪流的流水動(dòng)能，是我們作品的一個(gè)設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)。同樣，對(duì)于低水頭的潮汐能利用，目前的方法也是采用建設(shè)水壩及高效率的水輪機(jī)，對(duì)選址也存在較大潮差的要求。而對(duì)一些分散的較低潮差的地址，其建設(shè)潮汐能電站的經(jīng)濟(jì)性就更差，如何經(jīng)濟(jì)性地利用這些分散的低潮差的潮汐能，也是我們的作品在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中的一個(gè)重要考慮。本作品的核心關(guān)鍵技術(shù)是其豎葉水車結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)基于古老傳統(tǒng)的水車，通過改變其放射狀葉片結(jié)構(gòu)，采用由曲柄連接的內(nèi)架輪和外架輪組成平行四邊形機(jī)構(gòu)。相對(duì)傳統(tǒng)放射狀結(jié)構(gòu)，它使水車葉片在入水和出水狀態(tài)下都能始終保持垂直，克服了葉片入水和出水的阻力，保證中心軸以下葉片能全部接受水流的沖擊力，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能在低水頭流水中發(fā)揮作用。當(dāng)流水正面沖擊水車葉片時(shí)，葉片經(jīng)架輪產(chǎn)生力矩，力矩使中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中心軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)變速齒輪箱工作，變速齒輪輸出一個(gè)適應(yīng)發(fā)電機(jī)范圍的轉(zhuǎn)速，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生特征電壓，特征電壓經(jīng)調(diào)控器識(shí)別后，對(duì)負(fù)載或電瓶做出調(diào)整策略，最后輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓和電流。本裝置應(yīng)用的流速范圍：2m/s～8m/s，潮差范圍：0.5m～2m，功率范圍：1KW～60KW，轉(zhuǎn)換效率：45%～58%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 如附圖所示，內(nèi)架輪作為固定水車葉片的加固軸的正架，外架輪作為輔助架，內(nèi)架輪以中心軸的軸線為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，外架輪以圓環(huán)軌的中心軸線為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)。外架輪的旋轉(zhuǎn)中心軸線位于內(nèi)架輪的旋轉(zhuǎn)中心軸線之下且彼此平行地位于同一豎直平面內(nèi)。外架輪的多邊形頂點(diǎn)處安裝有曲柄，曲柄的垂直邊長(zhǎng)度與內(nèi)架輪和外架輪的旋轉(zhuǎn)中心之間的垂向間距相同，且與外架輪、內(nèi)架輪的各構(gòu)件共同構(gòu)成了平面平行四邊形機(jī)構(gòu)，以保證各葉片始終同向圍繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)垂直如一。外架輪的圓環(huán)軌位于中心軸上方，該圓環(huán)軌與中心軸之間有間隙，以免水車轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)干擾。能夠?qū)崿F(xiàn)保持葉片豎直向下接受水流沖擊的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)平面四邊形機(jī)構(gòu)的合理應(yīng)用，以及連接葉片曲柄的葉片軸頭、葉片脫水結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年，《豎葉水車發(fā)電裝置的研究及改進(jìn)》獲得省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目立項(xiàng)；2010年，《豎葉水車發(fā)電裝置》獲得科技部中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心與沃爾瑪（中國(guó)）投資有限公司聯(lián)合主辦的“青年科技創(chuàng)新競(jìng)賽”產(chǎn)品類優(yōu)秀獎(jiǎng)。2011年，本作品獲得省級(jí)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利實(shí)施許可
作品可展示的形式
- 模型、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品的水車結(jié)構(gòu)基于古老傳統(tǒng)的水車，通過改變其放射狀葉片結(jié)構(gòu)，采用由曲柄連接的內(nèi)架輪和外架輪組成平行四邊形機(jī)構(gòu)。相對(duì)傳統(tǒng)放射狀結(jié)構(gòu)，它使水車葉片在入水和出水狀態(tài)下都能始終保持垂直，克服了葉片入水和出水的阻力，保證中心軸以下葉片能全部接受水流的沖擊力，具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能在低水頭流水中發(fā)揮作用。它無需水工建筑，不破壞自然環(huán)境，單位功率開發(fā)成本較低，是一款性價(jià)比較優(yōu)的可再生能源水能開發(fā)利用的水力發(fā)電設(shè)備，屬原創(chuàng)型技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品?？筛鶕?jù)不同流域（溪、河、江、海）設(shè)計(jì)出適用于溪流、普通江河、江河入?？?、海水潮汐流四種類型的水車裝置應(yīng)用發(fā)電。本裝置投資小，運(yùn)作簡(jiǎn)單，適合以村落甚至家庭為單位進(jìn)行建設(shè)，而采用產(chǎn)品堆疊的方式，也可以建成相對(duì)較大規(guī)模的電站。開發(fā)本裝置的每千瓦投資成本為4 000元至5 000元，運(yùn)營(yíng)成本為0.03元至0.07元，工程建設(shè)期為6至12個(gè)月，其投資成本回收期預(yù)計(jì)為3年至5年。本作品符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和能源政策，市場(chǎng)潛力巨大，產(chǎn)業(yè)化前景較好。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外有關(guān)利用水流動(dòng)力的微型水力發(fā)電裝置的研究與應(yīng)用已有較多的文獻(xiàn)報(bào)道。水車通常被認(rèn)為是一種低效率的水能轉(zhuǎn)換設(shè)備，由于水輪機(jī)比水車的效率高，因此接替了水車的水能轉(zhuǎn)換裝置的作用，并在生活中得到了廣泛的應(yīng)用。但實(shí)際上用在低水頭微型水電站中，水車還是具有有效和成本低的特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)有關(guān)水車式水力發(fā)電裝置的研究與應(yīng)用只有少量的文獻(xiàn)報(bào)道。例如，廣東省肇慶市鄧純粹申請(qǐng)了“一種水車發(fā)電機(jī)”實(shí)用新型專利，主要由水輪、主軸、輪轂、主軸承、螺桿、軸承座、聯(lián)軸器及發(fā)電機(jī)組成適合于在小流差、小流量及低速水流上運(yùn)行。山東省淄博市張永軍申請(qǐng)了“水車式水力發(fā)電裝置”實(shí)用新型專利，其特征在于增設(shè)一水車輪，水車輪通過傳動(dòng)元件與發(fā)電機(jī)相連。水利水電科學(xué)研究院趙維等人介紹了水車式水流發(fā)電站的構(gòu)造和工作原理。此外，有關(guān)水車的開發(fā)與應(yīng)用也有文獻(xiàn)報(bào)道，水車結(jié)構(gòu)和葉片形狀各有不同。國(guó)外有關(guān)水車式水力發(fā)電裝置的研究與應(yīng)用可以Zuppinger水車為代表，它是典型的下?lián)羰剿嚒?/dd>
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